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模压风机国内外室内空气品质研究现状矿井主风机实现自动化调频控
摘要：历史上旨在减少室外空气污染的努力可以追溯到14世纪，以当时英国伦敦的烟雾法为代表。现代空气污染问题的研究源于1952年的伦敦烟雾事件，经过50多年的研究，人们对空气污染的成因、影响因素和代表性危害都有了全面地认识。同时，控制空气污染的方法或措施也不断完善，并形成了与室外空气污染控制相关的产业。
1 国外的研究现状
历史上旨在减少室外空气污染的努力可以追溯到14世纪，以当时英国伦敦的烟雾法为代表。现代空气污染问题的研究源于1952年的伦敦烟雾事件，经过50多年的研究，人们对空气污染的成因、影响因素和代表性危害都有了全面地认识。同时，控制空气污染的方法或措施也不断完善，并形成了与室外空气污染控制相关的产业。
室内空气质量问题可以追溯到远古时代，以原始人类将火种引入洞穴，引起洞穴烟尘污染为标志。采用科学的办法对待室内空气问题的历史至少可以追溯到20世纪上半叶，1939年美国成立了工业卫生协会（AIHA），这标志着生产环境对人体健康的影响已受到社会关注。对非生产场所，如住宅、办公室、会议室、教室、医院、旅馆、图书馆、候车（机、船）厅等室内空气的关注始于20世纪60年代的北欧和北美，正是在那个时期提出了室内空气质量（IAQ）的概念。当时，促使人们关注室内空气质量问题的原因主要有两个：一是随着环境保护工作的开展和环境科学的发展，人们的环境意识不断加强；二是空调开始普及，为了节省能源，建筑物密闭程度不断提高，门窗开启时间越来越短。同时各种化学制品也开始涌入室内，导致室内化学污染物浓度提高，于是长期在室内滞留的人群常常感到不适。正是那时逐渐出现了“病态建筑综合症（SBS）”和“军团病”等新问题和概念。人们逐渐发现室内空气污染与哮喘和肺癌等疾病的发病率的上升有着密切关系，并注意室内环境质量不一定比室外好，甚至比室外更糟。
围绕室内空气质量的工程研究最初主要着眼于室内与室外空气质量的关系，以及室内空气污染物对人体健康的影响。1965年，荷兰学者Biersteker等进行了世界上第一个工程的、大规模的室内与室外空气质量的关系。他们以鹿特丹60个住户为对象，测定了室内、外SO2和烟尘的关系，获得了空气污染事件期间的室内环境相对安全性、抽烟对于室内气溶胶生成、室内SO2衰减与建筑物新旧程度的关系等重要信息。这一研究表明室内与室外空气质量存在显著的差异，并且揭示室内空气质量对人体健康的影响可能超过室外。随后，关于室内与室外空气质量关系的研究一直未停止过，而且涉及面越来越宽。通过这些研究，人们对各种条件下，不同污染物的室内与室外关系有了全面的认识，并建立了一系列室内与室外空气质量关系的模型。
20世纪60年代开始关于室内空气污染健康效应的研究主要集中在各种人类活动引起的呼吸性健康疾病。同一时期，国外大规模出现装修热。北欧、美国和其他国家先后开始大量使用甲醛制品，如用脲醛树脂和酚醛树脂作原料制成胶粘剂、墙缝填充剂和多种人造板材等。其中，脲甲醛泡沫树脂隔热材料在那个时期曾被大量用于构建房屋，特别是移动住房。于是，大量甲醛释放到室内，很多居住者出现了急性刺激和急性中毒症状，甚至引起中毒性肝炎或是过敏性紫癜。这些问题在当时的社会上引起了很大的震动。于是，工业卫生、环境保护、化学化工和建筑装潢等专业的工作人员围绕着甲醛污染问题，相继开展了环境监测、流行病学调查、临床观察、毒理实验、工艺改革及相应的实际工作和科学研究。
20世纪80年代美国EPA的总暴露量评价方法学研究(TEAM)提供了一个全面评价室内和室外暴露对人体总暴露贡献的模型。这个研究得到了一个令人吃惊的结论：对于挥发性有机化合物来说，通常情况下，室内污染源对人体总暴露的贡献远远高于室外工业污染源。
随着对于室内空气污染问题认识的不断深化，室内环境作为卫生和环境科学的重要组成部分越来越受到重视。一批专门从事室内环境检测、宣传教育、学术研究和学术交流、咨询和评估的机构开始形成。如美国工业卫生协会（AIHA）专门设立了室内环境质量(IEQ)委员会。“国际室内空气质量与气候协会(ISIAQ)”、“美国绿色建筑委员会(USGBC)”和“室内空气质量协会(IAQA)”也于1992年、1993年和1995年相继创立。就连北大西洋公约组织(NATO)这样的军事合作组织也在她的科学与环境事务局所属的高级研究中心开展“室内空气质量(IAQ)科学”的研究和教育培训计划，每年都要在缔约国开展室内环境方面的培训工作。
与此同时，室内空气质量的管理机构也开始在发达国家和地区形成，如美国环保局于1988年在其空气与辐射司下设立室内空气质量(IAQ)程序办公室，1995年又与较早设立的氡分部合并成立了室内环境处，并附设了两个与室内环境相关的国家实验室，在相关部门设立了室内环境的监管、执法机构。如今，美国的学校里都设有室内环境协调员，管理和督导室内环境质量的监测和控制。法国政府也于1999年底成立了国家室内空气监测站，并从2001年开始，每年在全国选择1000个监测点，对典型室内场所的氡、铅、霉菌、过敏源、VOCs、人造矿物纤维、杀虫剂及烟草烟雾等10多种有害物质进行检测，并向公众通报检测结果。我国的香港特别行政区也于1998年在其环境署内设立了室内环境主管部门，并于1999年公布了楼宇的IAQ指南。在室内环境管理机构的指导下，室内环境立法也开始进行，到目前为止，欧美各发达国家，亚洲的日本、韩国和我国香港地区，以及世界卫生组织已建立比较完善的室内环境法规。
2 国内研究的现状
我国最初大规模出现室内空气污染是在20世纪80年代。为了改善城镇居民居住条件，各地大规模建造单元式居民楼，装空调的人数也为数不少。在居住条件大幅度改善的同时，室内空气品质却不断恶化。
较之国外，我国研究室内空气品质起步较晚，我国从事住宅室内空气污染的研究始于70年代，当时主要是中国预防医学科学院钮式如研究员的研究室，出发点是研究室内通风，并针对二氧化碳等室内空气污染物。到1980年，中国预防医学科学院何兴舟研究员所领导的环境流行病研究室开始了云南宣威地区农村室内燃料燃烧与癌症并发率关系的研究，这是我国较早的室内空气污染与健康关系的研究。同年，武汉市卫生防疫站的杨旭医师在城区开展了室内空气污染的研究工作。1984年，在全国防疫站工程开展了大量的室内空气污染调查工作。最为突出的是1988-1990年间中国预防医学科学院秦钰慧研究员所领导的中国五城市室内空气污染与健康关系的调查研究，研究历时两年，空气污染物包括IP，二氧化硫、二氧化氮、一氧化碳等等；人群包括小学生、中学生、社会居民；健康指标包括：肺功能、碳氧血红蛋白等，文章多次在国际会议上发表，特别是在芬兰赫尔辛基大会（IndoorAir’93）时作过报告，是那次千人大会上的重要发言。至此，我国的室内空气污染研究还是集中在燃料上。
到了90年代，随着人们生活水平的提高，引起居室室内空气污染最主要的原因是由于不良装修，即在装修过程中使用了大量有害物质如甲醛、挥发性有机物等一些装饰材料。而传统的室内污染物，如SO2、CO、CO2、NOx等由于抽油烟机的广泛采用和燃料结构的变化，对室内空气的污染程度已大大降低。1993年杨旭副主任医师首先开始了建筑物装饰材料的污染研究。1995年秦钰慧研究员组织“室内化学品与健康关系的研究”，室内空气质量和装饰建材研究是其重要的方面。以此着手制定我国室内空气标准。此后中国预防医学科学院数次举办过关于室内空气质量研讨会。国家环境保护总局于2000年8-9月召开“室内空气质量相关法规及污染控制技术培训班”，2001年5月，中国科学技术协会过程学会联合会举办了“全国室内环境质量研讨会”。
目前国内室内空气污染研究最主要的包括两个方面。一是制订全面科学的室内空气质量标准。由于我国室内空气污染问题只是近十几年才出现，人们强烈意识到室内空气污染的问题并引起全社会广泛的关注才刚刚是近几年的事。国家还没有制定全面的法律、法规。我国参与室内空气污染问题管理的政府机构包括卫生部、国家质量监督检验检疫总局、建材局和建设部，国家环保总局虽然没有具体参与室内空气质量的管理工作，但确切地说早在1994年就参与了相关工作。我国标准的制定缺乏基础研究的支持，标准的制定，尤其是室内空气质量标准的制定，直接关系到人体健康，需要毒理学试验结果作依据，并且要进行卫生学的分析和评价，这样的工作不是一个检测机构就能够完成的。二是污染源控制，这是我国目前室内空气污染研究的一个热点问题。消除污染根本方法是消灭污染源，如对能产生甲醛的脲醛泡沫塑料和产生石棉粉尘的石棉等建筑材料停止使用等措施无疑是有效的，但这必须有相应的法规来保证。一方面，用通过立法在生产过程中尽量控制这些建筑材料的污染物含量，使得有害物质含量低的产品进入市场；另一方面，需要对室内究竟有哪些污染源、这些污染源可能产生什么样的污染物以及这些污染物的释放特征进行研究，这样就可以在装修过程中对有可能造成室内空气污染的污染源进行控制。污染源的研究以人工环境气(testingchamber)的模拟研究为主要手段，通过考察一些环境因子，如温度、湿度、空气更新速率等对污染物浓度分布的影响，模拟释放过程，建立数学模型及评价工程。扩散模型是最常用的方法，目前已将污染物在材料内部的扩散过程及在表层的解析过程结合起来。国内利用人工环境气候箱对板材中的甲醛，油漆、涂料中的可挥发性有机物的释放特征已经进行了比较广泛的研究，但这些还远远不够。
近年来，兖州矿业（集团）公司杨村煤矿和山东省煤炭科学研究所，将可编程序控制器成功地应用于该矿南、北风井主鼓风机的自动化变频工程。其与国内使用单片机、工控机进行改造的类似项目相比更见可靠性和参数变更的灵活性。
此项成果的主要功能如下：（1）工程的自动化控制。PLC接到运行指令后，立即判断运行的机号和运行方式。若为低频方式则驱动低频接触器吸合，延时0.4s发出变频器运行指令，电动机启动至设定的频率，风门绞车开启鼓风机的进风门，前导器执行机构打开鼓风机的前导器，使得鼓风机进入工作状态。若为工频方式则控制鼓风机降压启动，当启动电流下降至设定数值时停掉降压启动接触器，并且吸合运行主接触器，鼓风机转入全速运行，30s后风门及前导器自动打开；（2）风量的闭环控制。鼓风机低频运行时，风量由给定的信号控制。该信号与风量传感器的反馈信号同时进入PLC的A/D模块，经过CPU的比较调节后，输出信号由D/A模块送至变频器的频率设定接口，调节变频器的输出频率，从而改变彭风机的转速；（3）鼓风机的低频故障转换。PLC在鼓风机的低频运行中自动检测变频器的运行情况，当变频器出现故障时自动切除低频工程，使得鼓风机转入工频运行；（4）电动机的过流保护。电动机的变送器将主回路的电路电流信号转换后送入CPU的内部功能存贮器，CPU在每个扫描周期，将该数据与内部电流的设定数值进行比较，若超过设定的数值立即进行保护；（5）风门行程的精确控制。PLC开闭风机风门时，安装在风门绞车主轴上的轴编码器将风门行程转换为数据信号，送至高速记数模块，待其译为BCD码后存入内部存储器，CPU在每个扫描周期将BCD数据与行程的设定数值进行比较，若超出设定数值立即停车。
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1 国外的研究现状
历史上旨在减少室外空气污染的努力可以追溯到14世纪，以当时英国伦敦的烟雾法为代表。现代空气污染问题的研究源于1952年的伦敦烟雾事件，经过50多年的研究，人们对空气污染的成因、影响因素和代表性危害都有了全面地认识。同时，控制空气污染的方法或措施也不断完善，并形成了与室外空气污染控制相关的产业。
室内空气质量问题可以追溯到远古时代，以原始人类将火种引入洞穴，引起洞穴烟尘污染为标志。采用科学的办法对待室内空气问题的历史至少可以追溯到20世纪上半叶，1939年美国成立了工业卫生协会（AIHA），这标志着生产环境对人体健康的影响已受到社会关注。对非生产场所，如住宅、办公室、会议室、教室、医院、旅馆、图书馆、候车（机、船）厅等室内空气的关注始于20世纪60年代的北欧和北美，正是在那个时期提出了室内空气质量（IAQ）的概念。当时，促使人们关注室内空气质量问题的原因主要有两个：一是随着环境保护工作的开展和环境科学的发展，人们的环境意识不断加强；二是空调开始普及，为了节省能源，建筑物密闭程度不断提高，门窗开启时间越来越短。同时各种化学制品也开始涌入室内，导致室内化学污染物浓度提高，于是长期在室内滞留的人群常常感到不适。正是那时逐渐出现了“病态建筑综合症（SBS）”和“军团病”等新问题和概念。人们逐渐发现室内空气污染与哮喘和肺癌等疾病的发病率的上升有着密切关系，并注意室内环境质量不一定比室外好，甚至比室外更糟。
围绕室内空气质量的工程研究最初主要着眼于室内与室外空气质量的关系，以及室内空气污染物对人体健康的影响。1965年，荷兰学者Biersteker等进行了世界上第一个工程的、大规模的室内与室外空气质量的关系。他们以鹿特丹60个住户为对象，测定了室内、外SO2和烟尘的关系，获得了空气污染事件期间的室内环境相对安全性、抽烟对于室内气溶胶生成、室内SO2衰减与建筑物新旧程度的关系等重要信息。这一研究表明室内与室外空气质量存在显著的差异，并且揭示室内空气质量对人体健康的影响可能超过室外。随后，关于室内与室外空气质量关系的研究一直未停止过，而且涉及面越来越宽。通过这些研究，人们对各种条件下，不同污染物的室内与室外关系有了全面的认识，并建立了一系列室内与室外空气质量关系的模型。
20世纪60年代开始关于室内空气污染健康效应的研究主要集中在各种人类活动引起的呼吸性健康疾病。同一时期，国外大规模出现装修热。北欧、美国和其他国家先后开始大量使用甲醛制品，如用脲醛树脂和酚醛树脂作原料制成胶粘剂、墙缝填充剂和多种人造板材等。其中，脲甲醛泡沫树脂隔热材料在那个时期曾被大量用于构建房屋，特别是移动住房。于是，大量甲醛释放到室内，很多居住者出现了急性刺激和急性中毒症状，甚至引起中毒性肝炎或是过敏性紫癜。这些问题在当时的社会上引起了很大的震动。于是，工业卫生、环境保护、化学化工和建筑装潢等专业的工作人员围绕着甲醛污染问题，相继开展了环境监测、流行病学调查、临床观察、毒理实验、工艺改革及相应的实际工作和科学研究。
20世纪80年代美国EPA的总暴露量评价方法学研究(TEAM)提供了一个全面评价室内和室外暴露对人体总暴露贡献的模型。这个研究得到了一个令人吃惊的结论：对于挥发性有机化合物来说，通常情况下，室内污染源对人体总暴露的贡献远远高于室外工业污染源。
随着对于室内空气污染问题认识的不断深化，室内环境作为卫生和环境科学的重要组成部分越来越受到重视。一批专门从事室内环境检测、宣传教育、学术研究和学术交流、咨询和评估的机构开始形成。如美国工业卫生协会（AIHA）专门设立了室内环境质量(IEQ)委员会。“国际室内空气质量与气候协会(ISIAQ)”、“美国绿色建筑委员会(USGBC)”和“室内空气质量协会(IAQA)”也于1992年、1993年和1995年相继创立。就连北大西洋公约组织(NATO)这样的军事合作组织也在她的科学与环境事务局所属的高级研究中心开展“室内空气质量(IAQ)科学”的研究和教育培训计划，每年都要在缔约国开展室内环境方面的培训工作。
与此同时，室内空气质量的管理机构也开始在发达国家和地区形成，如美国环保局于1988年在其空气与辐射司下设立室内空气质量(IAQ)程序办公室，1995年又与较早设立的氡分部合并成立了室内环境处，并附设了两个与室内环境相关的国家实验室，在相关部门设立了室内环境的监管、执法机构。如今，美国的学校里都设有室内环境协调员，管理和督导室内环境质量的监测和控制。法国政府也于1999年底成立了国家室内空气监测站，并从2001年开始，每年在全国选择1000个监测点，对典型室内场所的氡、铅、霉菌、过敏源、VOCs、人造矿物纤维、杀虫剂及烟草烟雾等10多种有害物质进行检测，并向公众通报检测结果。我国的香港特别行政区也于1998年在其环境署内设立了室内环境主管部门，并于1999年公布了楼宇的IAQ指南。在室内环境管理机构的指导下，室内环境立法也开始进行，到目前为止，欧美各发达国家，亚洲的日本、韩国和我国香港地区，以及世界卫生组织已建立比较完善的室内环境法规。
2 国内研究的现状
我国最初大规模出现室内空气污染是在20世纪80年代。为了改善城镇居民居住条件，各地大规模建造单元式居民楼，装空调的人数也为数不少。在居住条件大幅度改善的同时，室内空气品质却不断恶化。
较之国外，我国研究室内空气品质起步较晚，我国从事住宅室内空气污染的研究始于70年代，当时主要是中国预防医学科学院钮式如研究员的研究室，出发点是研究室内通风，并针对二氧化碳等室内空气污染物。到1980年，中国预防医学科学院何兴舟研究员所领导的环境流行病研究室开始了云南宣威地区农村室内燃料燃烧与癌症并发率关系的研究，这是我国较早的室内空气污染与健康关系的研究。同年，武汉市卫生防疫站的杨旭医师在城区开展了室内空气污染的研究工作。1984年，在全国防疫站工程开展了大量的室内空气污染调查工作。最为突出的是1988-1990年间中国预防医学科学院秦钰慧研究员所领导的中国五城市室内空气污染与健康关系的调查研究，研究历时两年，空气污染物包括IP，二氧化硫、二氧化氮、一氧化碳等等；人群包括小学生、中学生、社会居民；健康指标包括：肺功能、碳氧血红蛋白等，文章多次在国际会议上发表，特别是在芬兰赫尔辛基大会（IndoorAir’93）时作过报告，是那次千人大会上的重要发言。至此，我国的室内空气污染研究还是集中在燃料上。
到了90年代，随着人们生活水平的提高，引起居室室内空气污染最主要的原因是由于不良装修，即在装修过程中使用了大量有害物质如甲醛、挥发性有机物等一些装饰材料。而传统的室内污染物，如SO2、CO、CO2、NOx等由于抽油烟机的广泛采用和燃料结构的变化，对室内空气的污染程度已大大降低。1993年杨旭副主任医师首先开始了建筑物装饰材料的污染研究。1995年秦钰慧研究员组织“室内化学品与健康关系的研究”，室内空气质量和装饰建材研究是其重要的方面。以此着手制定我国室内空气标准。此后中国预防医学科学院数次举办过关于室内空气质量研讨会。国家环境保护总局于2000年8-9月召开“室内空气质量相关法规及污染控制技术培训班”，2001年5月，中国科学技术协会过程学会联合会举办了“全国室内环境质量研讨会”。
目前国内室内空气污染研究最主要的包括两个方面。一是制订全面科学的室内空气质量标准。由于我国室内空气污染问题只是近十几年才出现，人们强烈意识到室内空气污染的问题并引起全社会广泛的关注才刚刚是近几年的事。国家还没有制定全面的法律、法规。我国参与室内空气污染问题管理的政府机构包括卫生部、国家质量监督检验检疫总局、建材局和建设部，国家环保总局虽然没有具体参与室内空气质量的管理工作，但确切地说早在1994年就参与了相关工作。我国标准的制定缺乏基础研究的支持，标准的制定，尤其是室内空气质量标准的制定，直接关系到人体健康，需要毒理学试验结果作依据，并且要进行卫生学的分析和评价，这样的工作不是一个检测机构就能够完成的。二是污染源控制，这是我国目前室内空气污染研究的一个热点问题。消除污染根本方法是消灭污染源，如对能产生甲醛的脲醛泡沫塑料和产生石棉粉尘的石棉等建筑材料停止使用等措施无疑是有效的，但这必须有相应的法规来保证。一方面，用通过立法在生产过程中尽量控制这些建筑材料的污染物含量，使得有害物质含量低的产品进入市场；另一方面，需要对室内究竟有哪些污染源、这些污染源可能产生什么样的污染物以及这些污染物的释放特征进行研究，这样就可以在装修过程中对有可能造成室内空气污染的污染源进行控制。污染源的研究以人工环境气(testingchamber)的模拟研究为主要手段，通过考察一些环境因子，如温度、湿度、空气更新速率等对污染物浓度分布的影响，模拟释放过程，建立数学模型及评价工程。扩散模型是最常用的方法，目前已将污染物在材料内部的扩散过程及在表层的解析过程结合起来。国内利用人工环境气候箱对板材中的甲醛，油漆、涂料中的可挥发性有机物的释放特征已经进行了比较广泛的研究，但这些还远远不够。
近年来，兖州矿业（集团）公司杨村煤矿和山东省煤炭科学研究所，将可编程序控制器成功地应用于该矿南、北风井主鼓风机的自动化变频工程。其与国内使用单片机、工控机进行改造的类似项目相比更见可靠性和参数变更的灵活性。
此项成果的主要功能如下：（1）工程的自动化控制。PLC接到运行指令后，立即判断运行的机号和运行方式。若为低频方式则驱动低频接触器吸合，延时0.4s发出变频器运行指令，电动机启动至设定的频率，风门绞车开启鼓风机的进风门，前导器执行机构打开鼓风机的前导器，使得鼓风机进入工作状态。若为工频方式则控制鼓风机降压启动，当启动电流下降至设定数值时停掉降压启动接触器，并且吸合运行主接触器，鼓风机转入全速运行，30s后风门及前导器自动打开；（2）风量的闭环控制。鼓风机低频运行时，风量由给定的信号控制。该信号与风量传感器的反馈信号同时进入PLC的A/D模块，经过CPU的比较调节后，输出信号由D/A模块送至变频器的频率设定接口，调节变频器的输出频率，从而改变彭风机的转速；（3）鼓风机的低频故障转换。PLC在鼓风机的低频运行中自动检测变频器的运行情况，当变频器出现故障时自动切除低频工程，使得鼓风机转入工频运行；（4）电动机的过流保护。电动机的变送器将主回路的电路电流信号转换后送入CPU的内部功能存贮器，CPU在每个扫描周期，将该数据与内部电流的设定数值进行比较，若超过设定的数值立即进行保护；（5）风门行程的精确控制。PLC开闭风机风门时，安装在风门绞车主轴上的轴编码器将风门行程转换为数据信号，送至高速记数模块，待其译为BCD码后存入内部存储器，CPU在每个扫描周期将BCD数据与行程的设定数值进行比较，若超出设定数值立即停车。
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